Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как турбина влияет на мощность автомобиля, преимущества турбоагрегата

Как турбина влияет на мощность автомобиля, преимущества турбоагрегата

Опубликовано Master в 12 марта, 2019

Если мощность автомобиля не устраивает его владельца, то её можно значительно повысить, установив турбину с компрессором. Для любителей адреналина, энергии и скорости, турбина станет именно тем решением, которое удовлетворит эти потребности. В этой статье пойдет речь о том, как турбина влияет на мощность автомобиля.

Ключевые тезисы

Что такое турбина и как она работает

Двигатель транспортного средства вырабатывает энергию из топлива, которое он сжигает. Однако двигатель способен сжигать больше топлива и вырабатывать большее количество энергии соответственно, если в его цилиндры поступает больше воздуха. Турбина с компрессором нагнетает много воздуха в двигатель, позволяя ему сжигать больше энергии и увеличивать мощность. Типичная турбина для авто способна увеличить мощность авто на целых 50%!

В турбокомпрессоре есть две ключевые составляющие – это турбина и компрессор. Когда турбина соединяется с потоком выхлопных газов и начинает вращаться со скоростью до 15 000 оборотов в минуту, это будет превышать заводскую мощность двигателя примерно в 30 раз. Вал соединяет турбину с компрессором, который также вращается. Он располагается на воздухосборнике автомобиля, и при вращении нагнетает больше воздуха в цилиндры.

Воздух в цилиндрах позволяет двигателю сжигать топливо быстрыми темпами и генерировать больше энергии соответственно. Идея использования турбины состоит в том, чтобы максимально увеличить мощность, а также повысить топливную экономичность машины и снизить выбросы углекислого газа в окружающую среду.

Турбокомпрессор небольшого размера способен повысить мощность автомобиля быстрее даже при низких оборотах двигателя, однако не обеспечивает такой же уровень мощности на более высоких скоростях.

Влияние турбины на мощность авто

Как правило, у любого двигателя неравномерные характеристики в зависимости от числа оборотов. В некоторых моторах на низких оборотах более высокая тяга, чем на высоких. Для увеличения мощности на средних и высоких оборотах ставится турбина.

Особенности автомобиля с турбиной, видео:

Благодаря турбине увеличивается нагрузка на поршневую группу. Однако на скорость машины не влияет, только на динамику разгона. Также много зависит от индивидуальных характеристик машины и стиля езды. На бензиновом двигателе ресурс турбины – около 150 000 километров, на дизельном двигателе – 250 000 км. Однако при быстрой езде ресурс механизма сокращается до 60 000-100 000 км.

Ни одна турбина не обходится без качественного масла, поэтому ошибочно полагать, что с турбиной будет экономия масла. Зато экономия топлива – типичный показатель авто, работающих на турбинах. Хотя и здесь не обойтись без исключения – если гонщик «топает» педалью газа и наслаждается высокой производительностью турбины, большая часть топлива теряется.

Резюмируя, перечислим главные преимущества авто с турбиной:

  • Турбодвигатель помогает расходовать меньше топлива, нежели двигатель без турбины;
  • Турбина характеризуется лучшими показателями в соотношении веса двигателя к развиваемой им мощности;
  • Механизм помогает оптимизировать другие возможности автомобиля, улучшает крутящийся момент, предотвращая переключении передач при езде в пробках;
  • Двигатель с турбиной работает тише, чем агрегат аналогичной мощности, но без турбины;
  • Авто с турбиной меньше выбрасывает вредных газов в окружающую среду;
  • Из-за высокой концентрации воздуха в цилиндрах устройства, топливная смесь сгорает полностью, что делает авто более безопасным.

Как проверить турбину без помощи специалистов?

Чтобы определить работоспособность турбины, во-первых, необходимо произвести полную её диагностику. При этом необязательно снимать турбокомпрессор с двигателя. Диагностика и визуальный осмотр расскажут про степень износа турбины. Можно будет сделать вывод о том, связана ли поломка вашего автомобиля с турбиной, или же другими агрегатами двигателя.

Говоря про ремонт турбины, можно с уверенностью сказать о его необходимости при появлении следующих симптомов:

  • Мотор автомобиля теряет свою полную мощность, ощутимо проседает тяга, страдает динамика
  • Выхлопные газы представляют собой синие и чёрные исходящие смеси
  • Заметно возрастает показатель токсичных выбросов в бензиновых двигателях
  • Резко повышается потребление масла
  • Турбокомпрессор слишком громко работает и издаёт неприятные звуки
  • Масло вытекает из корпуса турбокомпрессора

Определить потенциальную поломку турбины можно тут.

Простая проверка турбины на автомобиле

Вы являетесь владельцем турбированного авто? Но нет технических знаний, чтобы проверить турбину правильно без обращения в специализированный сервисный центр? Поверьте, таковых автовладельцев большое количество. Представляем вашему вниманию инструкцию по проверке (диагностике) турбины на все случаи жизни.

Чек-Лист по проверке турбины

  1. Вам предстоит демонтировать патрубки и внешне их осмотреть. Речь идёт о том патрубке, что соединяет вашу турбину с впускным коллектором мотора или же интеркулером. Важный показатель качества – сухость внутри, или совсем незначительные следы от масла. Может случиться такая ситуация, когда двигатель автомобиля расходует чрезмерно масло. Возникает много вопросов. Чем вызван масложор? Виноват двигатель, или всё же турбина, или они вместе? С чего следует начинать ремонт?
  2. Также потребуется визуально осмотреть турбинное колесо. А точнее – его лопасти. Важно, чтобы на них не было никаких повреждений и деформаций поверхности. Они должны быть ровными с правильно заводским видом. Внимательно проверьте, имеется ли там маленький зазор. В случае обнаружения любых внутренних и внешних повреждений лопастей, необходимо незамедлительно обратиться в сервис по ремонту турбин.
  3. Постарайтесь без особых усилий подвигать вал сначала в направлении движения по оси. Необходимо почувствовать минимальный люфт или его отсутствие (0-0.05 мм). Не забудьте придать валу ход в радиальном направлении. Допустимое значение люфта движения – от 0 мм до 1.0 мм. Лопатки вала не должны касаться за улитку, если отвести его в одно из крайних положений и прокрутить. В обоих случаях, когда есть шарканье, задевание и больший люфт, то турбину необходимо ремонтировать либо менять.
  4. Проверьте состояние следующих узлов и деталей: корпус подшипников, ротор, колесо компрессора, маслоотражатель, фланцы, корпуса турбины и компрессора на предмет наличия любых повреждений, трещин и проблем. Если будет обнаружен хотя бы одна трещина, то турбина подлежит замене либо ремонту.
  5. Когда в автомобиле пропала требуемая мощность и тяга, то следует осмотреть впускной и выпускной коллектор. Скорее всего, это та ситуация, когда отсутствует герметичность. Более того, если когда-либо была произведена некорректная регулировка топливной системы в дизельном двигателе – то мощность также может теряться. В бензиновых моторах проблема может крыться в некорректной настройке автоматической системы подачи топлива и настройке модуля зажигания. Когда любой элемент системы регулирования уровня наддува имеет мельчайшую неисправность – жите повышения затрачиваемого топлива, падение тяги, ухудшение динамики. Это всё есть следствие.
Читать еще:  Ваз двигатель 21124 какое масло лучше залить

Качественная диагностика турбины с использованием современного оборудования может быть произведена в мастерской по ремонту и реализации турбин ТУРБОХЭЛП.

ПОДБОР ТУРБИНЫ

Вы обязательно найдёте нужную турбину!

* год указывается примерный, чтобы не дублировать одинаковые турбины для разных годов выпуска авто.

Истории клиентов

Ремонт турбины BMW 530 d Е60/Е61 3.0 2003

Зимой 2021 года мы делали ремонт турбины BMW 530 d Е60/Е61 3.0 2003. Частой причиной выхода из строя агрегата является п.

Ремонт турбины Hyundai Santa Fe 2.2 CRDi

Весной 2020 года мы делали ремонт турбины Hyundai Santa Fe 2.2 CRDi. Причины поломки установили только после полной диаг.

Ремонт турбины Volkswagen Sharan I 1.9 TDI

В январе 2020 мы делали ремонт турбины Volkswagen Sharan I 1.9 TDI. Причину обнаружили только после полной диагностики, .

© ООО «ТУРБОХЭЛП» 2010 — 2021 | Тех.поддержка WebSfera

» ТУРБОНАДДУВ: ВТОРОЕ ДЫХАНИЕ ДЛЯ ВАШЕГО ДВИГАТЕЛЯ

  • Русский
    • American
    • Čeština
    • Deutsch
    • UK
    • Español
    • Français
    • Italiano
    • 简体中文
    • Global Edition

ТУРБОНАДДУВ: ВТОРОЕ ДЫХАНИЕ ДЛЯ ВАШЕГО ДВИГАТЕЛЯ

Приводные системы находятся в центре внимания конструкторов автомобилей, стремящихся улучшить рабочие характеристики дизельных двигателей в ответ на ужесточение требований экологических стандартов стран Европейского Союза и США. SKF принимает активное участие в разработке специальных подшипников качения для сложных систем турбонаддува.

Одним из потенциальныхкандидатов на использование в дизельных двигателях для грузовых автомобилей является привод для системы Turbocompound. Для данного сегмента рынка SKF разработала подшипниковую систему, отвечающую требованиям, предъявляемым к конструкции приводов турбонаддува изельных двигателей.

Системы турбонаддува особенно важны для дизельных двигателей, так как они обеспечивают значительное увеличение мощности двигателя при незначительном увеличении его массы. Данная технология весьма выгодна для владельцев легковых и грузовых машин с точки зрения топливной экономичности, общих характеристик управляемости и экологической безопасности.

Турбокомпрессор вращается за счет энергии потока отработавших газов и повышает мощность двигателя внутреннего сгорания путем увеличения содержания кислорода в потоке воздуха, поступающем в двигатель. Горячие отработавшие газы из выпускного коллектора поступают непосредственно в турбину турбокомпрессора и приводят в движение рабочее колесо. Рабочие колеса турбины и турбокомпрессора соединены общим валом. При вращении рабочего колеса компрессора воздух засасывается, затем сжимается и подается в камеры сгорания двигателя (рис. 1).

Самой распространенной «болезнью» турбокомпрессоров является так называемый «эффект запаздывания турбонаддува», возникающий вследствие инерции ротора турбокомпрессора, которому требуется время прежде, чем он начнет создавать достаточное давление наддува. Поэтому на низких оборотах двигателя увеличение мощности двигателя не происходит.

Для преодоления этой проблемы дизельные двигатели оснащаются турбокомпрессорами с уменьшенным диаметром рабочих колес компрессора и турбины, которые способны раскручиваться при довольно низких оборотах двигателя (примерно 1700 об/мин для двигателей легковых автомобилей и 1400 об/мин для двигателей грузовых автомобилей).

Однако недостатком таких турбокомпрессоров является то, что создаваемый ими наддув недостаточен для развития двигателем полной мощности. Эта проблема решена за счет использования систем многоступенчатого турбонаддува или турбокомпрессоров с изменяемой геометрией сопла турбины (VNT).

Принцип многоступенчатого турбонаддувапредполагает использование нескольких компрессоров. Система двухступенчатого турбонаддува состоит из двух турбокомпрессоров с последовательным соединением и обеспечивает высокое давление наддува без необходимости раскручивания обоих турбокомпрессоров до высоких оборотов. Использование небольшого турбокомпрессора с малой инерцией для первой ступени и большого турбокомпрессора для второй ступени обеспечивает более резкое увеличение мощности двигателя на малых оборотах, а также высокое давление наддува в широком диапазоне режимов работы двигателя.

Читать еще:  Что такое диапазон регулирования скорости асинхронного двигателя

Технология VNT используется в коммерческих дизельных двигателях. Принцип работы компрессора VNT состоит в изменении направления потока отработанных газов на входе в турбину турбокомпрессора с помощью кольца установки угла лопаток направляющего аппарата или сопла (рис. 2). Когда лопатки направляющего аппарата закрыты, поток направлен по касательной к лопаткам рабочего колеса турбины. При этом турбина получает максимальную энергию потока, и турбокомпрессор вращается с максимальной частотой. И наоборот, когда лопатки открыты, поступающий в турбину поток имеет меньшее отклонение от радиальной оси, за счет чего уменьшается частота вращения турбокомпрессора.

Таким образом, возможность изменения угла установки лопаток направляющего аппарата устраняет необходимость использования предохранительного клапана для понижения давления наддува при высоких оборотах двигателя. Это обеспечивает значительную экономию топлива при высоких оборотах двигателя. Кроме того, компрессор VNT мгновенно реагирует на изменение режима работы двигателя, обеспечивая максимальный крутящий момент и максимальную топливную экономичность.

Растущий интерес к приводу для системы Turbocompound объясняется необходимостью дальнейшего уменьшения содержания вредных веществ в выхлопных газах автомобилей в соответствии с директивой 1999/96/EG Европейской комиссии (таблица 1).

Для дизельных двигателей легковых или грузовых автомобилей принцип турбокомпаунирования означает, что ниже по потоку от турбокомпрессора установлена силовая турбина, утилизирующая часть тепловой энергии, которая обычно теряется с выхлопными газами. Механическая энергия, генерируемая силовой турбиной, передается коленчатому валу двигателя через сложный передаточный механизм. Турбина с приводом от выхлопных газов отличается от обычного турбокомпрессора отсутствием ступени компрессора (рис. 3). Установка силовой турбины и силового привода позволяет повысить КПД двигателя до 42-46%.

Ключевым элементом системы Turbocompound является турбина (рис. 4), частота вращения которой достигает 70000 об/мин. Вибрация кручения, возникающая при работе двигателя, умноженная на общее передаточное отношение 30:1, была бы недопустимо велика и привела бы к разрушению турбины. Чтобы уменьшить вибрацию кручения, промежуточный вал системы Тurbocompound снабжен гидромуфтой (типа Föttinger)(рис. 4).

SKF разработала подшипниковый узел, который состоит из фланцевого и уплотненного радиально-упорного шарикоподшипников (рис. 5) и монтируется на вал ротора с помощью зажимного устройства, закрепляемого стопорной гайкой. Профильнаружного кольца выполнен так, что подшипник является опорой ведущей шестерни турбомуфты с одной стороны вала и, одновременно, фиксирует насосное колесо турбомуфты с другой стороны вала. Насосное колесо турбомуфты закреплено неподвижно.

Подшипник должен работать в диапазоне температур от –40 °C до +125 °C. Подшипниковый узел имеет радиальное и осевое нагружение, а также подвержен воздействию опрокидывающих нагрузок из-за геликоидальной шестерни (рис. 6). Гидравлические нагрузки действуют только в осевом направлении. По результатам расчета цикла нагрузки за промежуток рабочего времени ожидается, что холостой ход составит 5% времени, тормозная нагрузка – 10% времени, а два варианта номинальной нагрузки — все оставшееся время (таблица 2). Расчеты показали, что наработка до усталостного разрушения должна составить более 56 000 (при ресурсе двигателя15 000 часов).

Для анализа влияния опрокидывающих сил и оптимизации конструкции подшипников инженеры SKF использовали компьютерную программу SKF Вearing Вeacon. В таблице 2 представлены результаты расчета наработки подшипника до усталостного разрушения.

Однако важно учитывать и другие факторы. Данный подшипник должен иметь повышенную точность вращения (класс допуска P5 для всех компонентов) и продолжительный срок службы смазки (> 15 000 часов). Проведенные ресурсные испытания подшипника показали практически полное отсутствие видимых признаков износа дорожек или тел качения. В целом, данная подшипниковая система способна увеличить КПД цикла Карно с 42% до 46 %.

Мероприятия по оптимизацииконструкции данного подшипникового узла включают:

Дальнейшим совершенствованием конструкции турбомуфты является создание фланцевого подшипникового узла со встроенной шестерней (рис. 7), который обеспечивает уменьшение вращающихся масс, сокращение числа элементов и, следовательно, упрощение логистики, а также уменьшение габаритов, упрощение цепочки «производство-допуски» и улучшение балансировки ротора.

Еще одной интересной областью применения является сам турбокомпрессор. Главная инновация состоит в том, что подшипники скольжения в турбокомпрессоре были заменены шарикоподшипниками (рис. 8). Кассетная конструкция подшипникового узла позволила уменьшить момент трения, повысить частоту и точность вращения турбокомпрессора.

Специальные однорядные гибридные радиально-упорные шарикоподшипники SKF с сепараторами из специального легкого сплава обладают высокими рабочими характеристиками даже в условиях высоких частот вращения и высоких температур. В данном случае, для условий сравнительно высоких частот вращения и величины n×dm до 2 000 000 мм/мин, был выбран модифицированный подшипниковый узел SKF с изготовленными под заказ кольцами с каналами подачи масла.

Расчетная наработка до усталостного разрушения для всех вариантов нагрузки при условии достаточного смазывания и отсутствия загрязнения смазки превышает минимальные требования к расчетному ресурсу 15 000 рабочих часов. Это означает, что уровень чистоты смазки (коэффициент загрязнения ηc) должен быть 0,3 или выше.

Особое внимание должно быть также уделено системе впрыска масла, так как для смазывания контактирующих поверхностей тел качения и сепаратора струя масла должна преодолеть зону турбулентности (завихрений), которая образуется вокруг каждого ряда подшипников. Данная функция должна выполняться при любых нагрузках на двигатель, включая случаи так называемого «обратного просачивания», которые возникают при экстренном торможении автомобиля.

Читать еще:  Chery fora a21 2007 какой двигатель

При вращении подшипников с высокой частотой центробежные силы, действующие на шарики, оказывают сильное влияние на силы внутри подшипника (рис. 9). Это влияние особенно важно учитывать в подшипниках с большим углом контакта, поскольку осевые составляющие центробежных сил будут тем больше, чем больше угол контакта, и при этом все они действуют в одном направлении. При парной установке радиально-упорных шарикоподшипников силы, действующие внутри этих двух подшипников, воздействуют друг на друга.

Результаты испытаний данной конструкции SKF позволяют предположить, что подшипники скольжения в турбокомпрессорах могут быть с успехом заменены подшипниками качения. Использование систем многоступенчатого турбонаддува и шарикоподшипников позволило увеличить КПД цикла Карно до 49%.

Скорее всего, уже в ближайшие годы КПД цикла Карно достигнет 50%. Есть основания полагать, что вскоре многие производители дизельных грузовых автомобилей объявят о создании еще более сложных систем турбонаддува с использованием технологии селективного катализа (SCR).

Как работают турбины

Турбина может существенно увеличить мощность двигателя без значительного роста его веса

Когда говорят о гоночных или спортивных машинах, часто всплывает тема турбонаддува. Турбины неизменно сопровождают современные дизеля. Турбина может существенно увеличить мощность двигателя без значительного роста его веса. Это большое преимущество привело к популярности турбин!

Давайте разберемся, как турбина увеличивает мощность, выживая при этом в экстремальных условиях работы. Мы познакомимся с вестгейтами, керамическими лопастями турбин и подшипниками, которые помогают турбинам делать работу еще лучше. Турбины – системы принудительного нагнетания воздуха. Они сжимают воздух. Сжатый воздух дает преимущество по мощности: в двигатель поступает больше воздуха, а это значит, что больше топлива может быть добавлено. Следовательно, каждое сгорание смеси в цилиндре дает больше мощности. Турбированный двигатель в общем случае всегда мощнее аналогичного по объему атмосферного. Двигатель меньшей массы может выдавать больше мощности при наличии наддува.

Чтобы создать давление воздуха, турбина использует поток выхлопных газов из двигателя для раскручивания своей крыльчатки, которая в свою очередь раскручивает воздушный насос. Турбина вращается с частотой до 150,000 об/мин – это в 30 раз быстрее среднего двигателя. Так как турбина работает с выхлопными газами, ей приходится выдерживать большие термические нагрузки.
Чтобы снять больше мощности с двигателя, необходимо увеличить количество топливно-воздушной смеси, которая сгорает в цилиндрах. Один из способов – добавить количество цилиндров или увеличить их объем. Часто эти изменения очень дороги. Турбина дешевле добавляет мощность, и именно поэтому она так популярна на вторичном рынке.


Расположение турбины в машине

Турбина позволяет сгорать большему количеству топлива, увеличивая количество топлива и воздуха в цилиндрах. Типичная прибавка к давлению от турбины – 0.3 – 0.5 бар. Поскольку атмосферное давление на уровне моря 1 бар, легко подсчитать, что в камеры сгорания попадает на 50 % больше воздуха, следовательно увеличение мощности должно доходить до 50%. В действительности, эффект получается 30- 40 %.

Одна из причин этой неэффективности – сила, раскручивающая турбину, не приходит извне. Наличие турбины увеличивает сопротивление выхлопа. Это означает, что на отводе отработавших газов двигатель вынужден преодолевать возросшее обратное сопротивление, что уменьшает отдачу с цилиндров, в которых в этот момент происходит сгорание.


Турбина и ее внешние компоненты

Турбина крепится на выхлопном коллекторе двигателя. Выхлопные газы двигателя раскручивают турбину. Турбина покоится на одном валу с компрессором, который располагается между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор накачивает воздух в цилиндры.


Внутри турбины

Выхлопной газ из цилиндров проходит через лопатки крыльчатки турбины, вызывая ее вращение. Чем больше выхлопных газов проходит, тем быстрее крутится турбина.

С другой стороны вала турбины устанавливают компрессор центробежного типа – он засасывает воздух в центре крыльчатки и разбрасывает его от центра из-за вращающегося вала.

Слишком много давления?
Воздух закачивается в цилиндры под давление и дальше сжимается поршнями. В этом кроится опасность – детонация. Детонация происходит из-за резкого увеличения температуры воздуха, при котором топливная смесь сгорает до воспламенения свечи. Поэтому турбированные машины обычно ездят на высокооктановом топливе, чтобы не доводить дело до детонации. Если давление наддува очень высоко, компрессию двигателя можно снизать, чтобы не переходить в детонацию.

Чтобы работать на скоростях до 150,000 об/мин, вал турбины требует серьезной защиты. Большинство подшипников взрываются при таких скоростях, поэтому турбины часто используют жидкие подшипники. Этот тип подшипников создает вокруг вала постоянный тонкий слой масла, которое постоянно накачивается насосом. Это служит двум целям: охлаждение и снижение трения.
В следующей главе рассмотрим компромиссы, на которые вынуждены идти инженеры при проектировании турбонаддува..

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector